Тема: Общие сведения о статических и гибридных аппаратах

Статические коммутационные аппараты предназначены для включения и отключения электрических цепей посредством силовых электронных ключей. Примером таких аппаратов служат статические реле и контакторы с функциями аналогичными для традиционных аппаратов этих видов. В таком применении используемые в них ключи могут рассматриваться как прерыватели с относительно редкой коммутацией. Статические ключи в импульсных регуляторах работают, как правило, в режиме периодической коммутации на повышенных частотах. Однако в отдельных случаях стати­ческий аппарат совмещает функции коммутирующего и регулирующего устройств.

В разделе о коммутации электрических цепей традиционными электромеханическими аппаратами было введено понятие идеального ключа. Там же отмечалось, что по статическим ВАХ ключа, зависящим от проводимости во включенном и выключенном состояниях, электромеханические ключи приближаются к идеальным. По динамическим ВАХ, характеризующим быстродействие, статические ключи приближаются к идеальным. Электромеханические и статические коммутационные аппараты не исключают друг друга, а дополняют и расширяют область рациональных технических решений задач коммутации. Статические и электромеханические ключи существенно различаются по следующим показателям:

– возможностям и способам отвода электро­энергии при коммутационных процессах;

– управлению коммутационным процессом;

– стойкости к перегрузкам по току и перенапряжениям;

– количеству коммутаций;

– наличию гальванической развязки между цепями источника, нагрузки и управления.

Эти показатели определяют рациональные области и эффективность использования того и или иного вида ключей. Поэтому рассмотрим их по­дробнее.

При переходе ключа из одного состояния в другое (включенное или выключенное) в ключе выделяется энергия, которая зависит как от динамической ВАХ ключа, так и характера коммутируемой цепи.

Например, при быстром отключении активно-индуктивной цепи практически вся энергия, накопленная в ее индуктивной составляющей, переходит в ключ. В электромеханическом ключе эта энергия вызывает дугообразование с последующим переходом в тепло. В статических ключах дугообразование отсутствует и энергия выделяется непосредственно в ключе, например, в кристалле полупроводникового прибора. Причем, это явление сопровождается возникновением недопустимых перенапряжений или токовых перегрузок. В результате возможен выход ключа из строя, если не принять соответствующих мер (использование ЦФТП или дополнительных энергопоглотителей.

Повышенная стойкость электромеханического ключа по сравнению со статическим к токовым перегрузкам и перенапряжениям с очевидностью вытекает из принципа действия и конструктивных исполнений ключей.

Статические ключи позволяют реализовать коммутационные аппараты с управлением коммутационными процессами. Такая возможность следует из быстродействия статических ключей и способности некоторых из них работать в активном режиме как регулируемое сопротивление (транзисторные ключи). Быстродействие статических ключей позволяет обеспечить импульсное регулирование на повышенных частотах тока или напряжения в коммутируемой цепи. Импульсное управление параметрами цепи более эффективно по сравнению с регулированием за счет непрерывного изменения активного сопротивления, так как оно вызывает значительные потери мощности, ограничивающие возможности управления.

Отсутствие подвижных механических частей и дуговых явлений практически снимает ограничения на допустимые количества коммутации статических ключей. Это обстоятельство является существенным преимуществом статических коммутационных аппаратов.

Наличие гальванической развязки между цепями источника электропитания, нагрузки и управления в ряде случаев оказывается решающим фактором, влияющим на выбор аппарата. В этом отношении аппараты на статических ключах существенно уступают электромеханическим аппаратам, в которых гальваническая развязка обусловлена принципом действия самого аппарата. В статических аппаратах обеспечение гальванической развязки усложняет их схемотехнику.

В зависимости от назначения и коммутируемого тока различают статические реле, контакторы, автоматические выключатели и др. Широкие возможности силовых электронных ключей позволяют в настоящее время создавать многофункциональные статические аппараты, выполняющие функции коммутации, регулирования, защиты и пр.

Параметры коммутируемой цепи определяют вид статического ключа. Реле и контакторы средней мощности выполняются на транзисторах. Для коммутации цепей с большими токами и высокими напряжениями используются тиристоры. Принципы действия статических аппаратов на транзисторах и запираемых тиристорах во многом сходны. При использовании традиционных тиристоров возникают задачи, связанные с их принудительным выключением. Решение этих задач возможно различными схемотехническими способами. Выбор наиболее целесообразного из них производится с учетом конкретных технико-экономических усло­вий его производства и применения. В отдельных случаях целесообразным оказывается использова­ние в одном аппарате двух видов ключей – стати­ческих и электромеханических. Такие аппараты называются гибридными. По существу гибридный аппарат является синтезом статических и традици­онных электромеханических аппаратов. Результатом такого технического решения является обеспечение возможности более полного использования преимуществ обоих видов ключей

Дата добавления: 2014-01-11